达特茅斯学院：基于Xilinx FPGA的可见光通信Demo

可见光通信技术（Visible Light Communication，VLC）是指利用可见光波段的光作为信息载体，无需光线等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号的通信方式。可以说可见光通信技术是一种绿色低碳、可实现近乎零耗能的通信方式，还可以有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。未来将会在物联网、智能家居等领域带来创新性应用。

近日来自达特茅斯（英国港口城市）学院的三名学生Zhao Tian、Kevin Wright和Xia Zhou在目前的可见光通信技术的基础上进行了创新，并推出了一个演示Demo说明他们的创新原理。现在的可见光通信技术一般都采用LED发射闪烁的光束，这样就限制可VLC技术的应用场景（比如阳光明媚的天气室内根本不需要LED照明等），他们发明了一种称为“DarkLight”的方式，即使LED灯光很暗时也能维持通信。

图1、利用人眼无法查别的亮度变化完成数据的二进制编码

他们的关键想法就是将数据进行编码，使用超短的不能被察觉的光波作为传输载体。他们要完成的工作和挑战包括电路设计、数据的编码和解码算法、“DarkLight”网络搭建，保证光波的生成和接收的可靠性，他们采用了Digilent推出的Basys3 FPGA板卡、LED灯和光电二极管完成了系统原型的搭建，Basys3板卡集成的是Xilinx Artix-7 A35T FPGA器件。

图2、达特茅斯学院推出的DarkLight系统原型

对于信号的编码采用OPPM（overlapping pulse position modulation，重叠脉冲位置调制），首先脉冲位置调制（PPM）是调制信号控制脉冲序列中各脉冲的相对位置（即相位），使各脉冲的相对位置随调制信号变化，此时序列中脉冲幅度和宽度均不变。其次OPPM是PPM的改进形式，在脉冲宽度相同的条件下,OPPM的传信率比PPM高。该原型系统支持的传输距离为1.3米，最高数据传输速率1.6Kbps，这样的性能至少能够满足一些低速通信的物联网（IoT）和工业物联网应用的要求。